永定新河斜拉桥拉索抗滑移性能

摘要:本文通过建立斜拉索抗滑移分析计算模型并结合永定新河主桥斜拉桥的自身特点，研究了斜拉索抗滑移性能机理及分析计算方法，并通过现场测试结果研究分析索孔内壁与钢绞线的摩擦系数。

关键词: 拉索；抗滑移性能；钢绞线；计算方法

Performance Study of Skid Resistance of Stay Cables for Cable-stayed Bridge of YongDingXin River

Liu Yongliang Li Jie

Abstract：With the actual test and theoretical computational analysis according to the facts of Cable-stayed Bridge of YongDingXin River，performance mechanism and computation analysis method of skid resistance of stay cables are discussed，and some relevant parameters and computational formulae are presented.Key words： cable;performanceofskidresistance；steel strand；computational method

一、前言

矮塔斜拉桥在国内起步较晚，漳州战备大桥是我国第一座矮塔斜拉桥，主桥的孔跨布置为(80.8+ 132十80.8)m，采用塔梁固结。2010年竣工的永定新河斜拉桥主桥是天津市第一座矮塔斜拉桥。矮塔斜拉桥拉索一般采用两端张拉方式施工，主塔上部塔身内预埋分丝管索鞍及相关配件，供拉索钢绞线束穿越主塔，主塔两侧施工荷载的差异将导致斜拉索不平衡索力。在施工阶段，主塔鞍座索孔未灌注环氧砂浆，其抗滑移能力相对较弱，其斜拉索抗滑移能力对该桥施工阶段结构安全性非常重要。

二、永定新河主桥斜拉桥简介

永定新河特大桥位于永定新河入海口，大桥北起北塘镇青托子段的修筑终点，南至中央大道京津塘高速二线互通立交修筑起点。永定新河桥采用两幅桥设计，主桥桥型为三跨连续四索面矮塔斜拉桥，跨径布置为85m+145m+85m，主桥全长315m（见图2-1），主桥全宽为43.0m（桥塔处44m，边塔各向外凸出0.5m）。

主梁采用变截面预应力混凝土箱梁，上下行分幅设置，每幅采用单箱四室形式。

单幅桥共计四个主塔，顺桥向两排，横桥向并列两个。主塔采用竖直塔形式，塔高20m（至混凝土主梁结构上表面，边塔稍高以与中塔顶面平齐）。主塔采用等截面矩形，顺桥向尺寸为3.0m、横桥向尺寸为3.10m（中塔靠中心线侧）和2.5m（边塔）。每个桥塔塔身上部设有鞍座，以便斜拉索钢绞线通过。每根斜拉索对应1个鞍座。鞍座采用分丝管构造（包括塔端锚垫板），埋设于混凝土塔内，斜拉索钢绞线股将穿过个分丝管。为与斜拉索通过鞍座相适应，分丝管采用圆弧形、弯曲半径为3.5m。在桥塔顺桥向两侧的斜拉索钢绞线出口处，设置抗滑锚固装置以保证足够的抗滑能力。

三、斜拉索抗滑移分析计算模型

在施工阶段，主塔鞍座索孔未灌注环氧砂浆，主塔鞍座处斜拉索抗滑移能力主要是由鞍座内管与（斜拉索）钢绞线之间摩擦力提供。对于同一根索，当主塔鞍座两侧拉索索力差值超过鞍座所能提供的最大摩擦力值，该拉索将产生滑移。在此分析基础上，建立主塔两侧斜拉索索力差分析模型（见图3-1），图中F为主塔两侧同根拉索的平衡索力，F为一侧增加索力，f为均布摩擦力。

单束钢绞线弯绕索鞍产生角转动变形且没有滑动位移产生时，索鞍所受的法向压力(见图3-1-c)，分量为：

dx段的摩擦力(见图3-1-b)，，则①

已知当转角为零，既两侧力相等，得C=F,所以

由(见图3-1-a)两侧力关系，代人式①可得 ②

把式②按泰勒级数展开，可变为：

③

当0.180时，只取三阶项的影响小于1%，规范取值为0.35，其它资料表明（钢与钢绞线摩擦系数）为0.15 - 0.35。本文主塔实际最大转角0.886rad，最不利考虑取0.15，的最大值为0.133 rad，所以本模型取三阶项，影响不大。

由此式③变为：④

式中为拉索索孔出口处两侧锚定板夹角。要使斜拉索不致于滑移，摩擦力f应大于。本文主塔施工过程中两侧平衡最大索力为6850 kN时，977.01kN。

四、斜拉索抗滑移性能试验

斜拉索抗滑移性能试验总体布置见图4-1，由于本桥边跨索力

较中跨索力大。故张拉前对中塔1#块拉索进行单端张拉试验，验证索鞍抗滑能力并推算摩擦系数。其中斜拉索是否滑移由锚固端后的传感器及安装在主塔鞍座千分表来共同测定。测点布置见图4-1。

工况1：两侧平衡索力为6850 kN，索力差不断增加直到明显滑移（边跨侧加力）。

工况2：两侧平衡索力为6850 kN，索力差不断增加直到明显滑移（中跨侧加力）。

工况1的实测斜拉索滑移时最大索力差为2093.4 kN，工况2的实测斜拉索滑移时最大索力差

为2099.8kN，两次试验实测斜拉索滑移时最大索力差平均值为2096.6kN。

根据图3-1-a可知，整个内管提供摩擦力为

⑤

式中最大转角，则 ⑥

把工况1、工况2测试结果平均值代入式公式⑥，得：

由此可知钢管与钢绞线的实测摩擦系数为0.30，与公路桥涵规范附录中规定0.35基本相同。将实测摩擦系数0.30代入公式④，得理论上计算斜拉索滑移时最大索力差2424.9kN，但实测最大索力差平均值2096.6kN，略小于采用公路桥涵规范附录中规定0.35时计算的理论值。而实际设计中，取值0.15计算最大索力差977.01kN，属于偏于最不利考虑，因此主塔鞍座的抗滑移性能足够，安全储备较高。

五、结束语

通过本桥张拉试验结果分析可知：

1、斜拉索抗滑移能力主要由钢内管与钢绞线之间的摩擦力提供，在实测设计桥梁钢内管与钢绞线的摩擦系数后，可由公式④计算确定斜拉索抗滑移能力。

2、实测本桥中塔1#块拉索索孔内管与钢绞线的摩擦系数为0.30，同时提供了计算摩擦系数的办法，见公式⑥。

参考文献

1、向中富;桥梁施工控制技术[M]. 北京：人民交通出版社2001

2、中铁大桥局集团公司 大跨度桥梁设计与施工技术[M]. 北京：人民交通出版社2002

3、王秋生; 欧阳永金; 刘世忠; 张克华; 预应力砼部分斜拉桥鞍座部分应力分析[J]. 兰州：铁道学院学报 2002年04

4、 刘锋民; 大跨度PC矮塔斜拉桥设计参数研究[D]. 长安大学 2006年

作者简介：刘永亮 （1981―）男 河北唐山人 硕士研究生 工程师 天津市市政工程研究院 从事桥梁检测、施工监控等工作

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。